技術部門: ピエゾ燃料インジェクターの説明

Jun 12, 2023

暗い部屋で誰かが Wint-O-Green Life Savers をむしゃむしゃ食べることで発生する火花を見たことがある人は、この現象を目撃したことがあるでしょう。砂糖などの特定の結晶性物質は、絞ると微量の電気を発生します。 圧力によって生じる電気を表す「圧電」という言葉もあります。 しかし、このプロセスは可逆的でもあり、これらの同じ材料に電気が加えられるとわずかに膨張します。 車内には圧電膨張が役立つ場所が数多くあります。

たとえば、現代の燃料供給に必要な正確な計量を考えてみましょう。 ボッシュ、コンチネンタル、デルフィなどは、通常の電磁石ではなく圧電材料を膨張させるというこの特異な特性を利用して、燃料噴射ノズルを開き、ガソリン エンジンとディーゼル エンジンの両方に燃料を正確に噴霧しています。 ただし、これらのデバイスを機能させるのは簡単ではありません。

理由の 1 つは、ピエゾ結晶の膨張が非常に小さいことです。 厚さ 100 分の 2 インチのピエゾ材料のスライスは、約 140 ボルトの電気が当たっても約 0.00002 インチしか膨張しません。 この 20 万分の 1 インチの大きさは、インジェクターのピントルを動かすのに十分ではありません。ピントルはノズルを密閉し、燃料を噴射するために開く必要がある部分です。

コンチネンタル インジェクターには、何百もの小さなピエゾ スライスが積み重ねられており、結合された拡張により全体の動きが増加します。 スタックは 0.004 インチの動きを生み出します。これは燃料を噴射するのに十分な距離までピントルを動かすのに十分です。 しかし、この動きは間違った方向、つまり上ではなく下であるため、2 つの小さなレバーを追加することでピエゾ スタックが拡張し、ピントルが持ち上げられ、燃料の噴霧が始まります。 注入が完了すると、電圧が切れ、ピエゾスタックが収縮し、バネがピントルを閉じます。

ピエゾ インジェクターには、この煩わしさをすべて正当化する重要な利点がいくつかあります。 まず、従来のインジェクターよりもはるかに速く開閉します。 これにより、エンジンに噴霧される燃料の量を決定する噴射間隔をより正確に制御できるようになります。 ピエゾ ユニットは、ユニットを作動させるために使用される電気に微小な変動を生成することによってフィードバックも提供します。 たとえば、エンジン制御コンピュータが 0.5 秒のインジェクタ開時間を要求し、インジェクタの応答が 0.496 秒しか開いていないことを示した場合、コンピュータは次の噴射サイクルにわずかな時間を追加して補正することができます。 このような正確な燃料計量により燃焼が改善され、燃費の向上と排出ガスの削減につながります。

ピエゾインジェクターは従来のソリッドインジェクターよりも正確であるだけでなく、以前の製品の能力を完全に超えたいくつかのトリックを実行することもできます。 まず、印加する電力を少し減らすと、ピエゾ結晶の膨張が少なくなり、インジェクターが途中で開くことができます。 開度が小さいほど噴射時間が長くなり、車が惰性走行に近い状態など、微量の燃料を正確に噴射したい場合に有利です。 ピエゾ インジェクターは非常に迅速に動作するため、1 回の燃焼サイクル中に複数回 (ディーゼルによっては 7 回) 噴射することもできます。 この柔軟性により、すべてのエンジンの排出ガスを削減できるだけでなく、ディーゼルの煤を制限することができます。

これらの利点により、多くの最新のディーゼル エンジンや直噴ガソリン エンジンにピエゾ インジェクターが採用されています。 そして、コンチネンタル社は、自社のピエゾユニットの価格が、性能の劣る従来の同等品と比べて高くないと述べている。 ピエゾインジェクターは、今後何年にもわたって、これらの厄介な電気新興企業に対して内燃機関の競争力を維持するための重要なデバイスの 1 つです。

Csaba Csere は 1980 年に Car and Driver に入社し、実際に退職することはありませんでした。 技術編集者およびディレクターを務めた後、1993 年から 2008 年に現役を引退するまで編集長を務めました。彼は自動車ジャーナリズムとレモン レースに手を出し続け、2017 年には 1965 年製ジャガー E タイプの担当も務めています。コロラド州の自宅近くでスキーやハイキングをしていないときは、ポルシェ 911 と 3 台のオートバイ。